用于人工骨制造的噴射成形技術(shù)

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1、文章編號:1004-132X(2000)10-1116-04用于人工骨制造的噴射成形技術(shù)顏永年張人佶崔福齋盧清萍摘耍:近年來，應(yīng)用組織工程材料制造的人工骨因能適時降解并誘導(dǎo)成形人骨，而成為最理想的骨組織人工替代方法和治療手段。介紹采用多噴射成形制造骨組織工程材料的人工骨，指出用此法得到的人工骨的材料種類及微觀組織結(jié)構(gòu)均與人骨高度相似,而采用骨水泥，或含有燒結(jié)等步驟，將不具有這種相似性;此人工骨具有與人骨在功能梯度上相一致的材料結(jié)構(gòu)、幾何結(jié)構(gòu)和生理功能;人骨生長因子（BMP）通過特殊處理，使之達(dá)到多維復(fù)合，顏永年教授并且具有緩釋功效,有利于愈合。

2、關(guān)鍵詞:噴射成形;人工骨;組織工程材料;細(xì)胞載體框架結(jié)構(gòu)屮圖分類號:TB17文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A術(shù)體器官生物模型人骨的人工制造1993年，Science雜吉提出了組織丁.程（tissueengineering）的概念，即“應(yīng)用工程學(xué)和生命科學(xué)原理生長出活的替代物，用以修復(fù)、維持和改善人體組織和器官的功能”。組織工程植入物可形成活的組織，參與人休新陳代謝。信號分子（生長因子、誘導(dǎo)因子）、細(xì)胞載體框架結(jié)構(gòu)和靶細(xì)胞構(gòu)成了組織工程三要素，其中研制適用的“細(xì)胞載體框架結(jié)構(gòu)”所需材料和成形工藝是問題的關(guān)鍵。這一框架植入人體后,作為信號分子的載體和新組織生長的支架

3、，隨新組織的生長，適時降解，最終與新組織生長匹配地消失。此后，以骨骼為代表的人工器官制造進(jìn)入采用組織工程材料的新階段。近軒來，有關(guān)的研究成果大量涌現(xiàn)，然而困擾學(xué)術(shù)界和工程界的瓶頸問題是如何設(shè)計、如何成形制造這個特殊的框架結(jié)構(gòu)（載體）。長期以來，人們對于骨的復(fù)雜分級結(jié)構(gòu)及其與性能的關(guān)系已經(jīng)進(jìn)行了深入的研究，但是對于人骨最初生長時期形成的編織骨隨成熟程度不同,其結(jié)構(gòu)與性能演變的研究極少且不系統(tǒng)。文獻(xiàn)［1］在生物礦化機(jī)理的研究中，得到了硬脂酸、碩脂胺和十六醇等冇機(jī)分子單層膜上控制徑基磷灰石成核及定向生長的規(guī)律，首次作出了酸性有機(jī)單層膜控制鈣一磷鹽晶化

4、柑圖。以納米相輕基磷灰石-膠原復(fù)合材料作為骨組織工程基體材料，該材料具有天然骨的部分微結(jié)構(gòu)成分與特征。如礦物相為納米級、低結(jié)晶度、含CO3基團(tuán)的拜基磷灰石，其與骨形態(tài)發(fā)生蛋白（BMP）復(fù)合，用于修復(fù)兔尺骨1.5cm片斷缺損,2個半月缺損愈收稿日期：1999—11—031116萬方數(shù)據(jù)合,其作為成骨細(xì)胞生長的支架，利用細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)可獲得3維細(xì)胞-材料復(fù)合體，并已進(jìn)行了大鼠休內(nèi)植入試驗。以該材料為原料，利用先進(jìn)的成形制造技術(shù)，可望獲得具有實際臨床價值和廣泛應(yīng)用前景的組織工程骨修復(fù)替代品。骨組織工程材料的植入中最需要考慮的是人骨生長因子（BMP）的復(fù)

5、合。對于大段骨，不是用當(dāng)前流行的后期復(fù)合的辦法，而是通過特殊處理，使之達(dá)到多維復(fù)合，并且冇緩釋功效，大大冇利于愈合。整個植入必須包括骨組織工程材料的成形、細(xì)胞培養(yǎng)、動物植入、人體植入以及臨床應(yīng)用等階段⑵。1人體器官誘導(dǎo)成形1.1人休器官生物模型的分類人體器官（骨骼）人工制造可分為3種生物模型（見圖1）,目前已經(jīng)發(fā)展到可以真止用人工方法制造成各種人體器官的階段，制造出來的人工器官參與代謝過程,例如人工骨的制造就已經(jīng)跨越到制造高級生物模型的階段。，高級形式:人工器官（參與代謝過程），真止之人骨（高級生物模型）中級形式:植入體，用于治療學(xué)和康復(fù)工程（

6、相容性生物模型）「初級形式:牛物實體模型，用于診斷學(xué)和手術(shù)圖1人體器官的3種牛物模型的分類不論是高級生物模型或植入體，均以細(xì)胞載體框架結(jié)構(gòu)為其重要技術(shù)基礎(chǔ)，它包含解剖學(xué)數(shù)據(jù)（anatomicaldata,AD）提取、非均質(zhì)結(jié)構(gòu)兒何描述、基于數(shù)字成像的3維重構(gòu)、精細(xì)噴射沉積成形的控制技術(shù)和設(shè)備，以及相關(guān)的軟硬件等,特別是高級生物模型必須依賴于這些技術(shù)的綜合。人休器官制造是個休化的制造，對制造技術(shù)提出了最高的快速性要求和柔性要求，快速成形(RP)制造是能很好完成此種特殊制造的技術(shù)，這是由于RP是根據(jù)離散/堆積成形原理的制造技術(shù)，在計算機(jī)的管理與控制

7、下，精確地堆積材料以保證成形件(細(xì)胞載體框架結(jié)構(gòu))的止確拓樸關(guān)系、強(qiáng)度、表面質(zhì)量等。無論是刀具切削、激光切割、注射成形還足模具內(nèi)成形等均不可能完成此類結(jié)構(gòu)的成形。用于人工器官的快速成形制造工藝流程見圖2。/所說、植人體內(nèi)組駅工程材料不相容性材料圖2用于人工?富的快連成影利適工藝億程1.2誘導(dǎo)成形誘導(dǎo)成形是集成了快速原型制造技術(shù)及組織工程材料制備技術(shù)的嶄新的制造方法，可以應(yīng)用于人工骨的制造。采用納米晶癥基磷灰石-膠原復(fù)合材料、復(fù)合骨生長因子BMP作為成形原料,以多個噴頭快速噴射成形，邊噴射、邊固化，制造出非均質(zhì)、多孔結(jié)構(gòu)的細(xì)胞載體框架結(jié)構(gòu),植入人

8、體后，在體液和BMP的共同作用下，依靠細(xì)胞載體框架結(jié)構(gòu)，誘導(dǎo)成形長成新骨，并參與新陳代謝,原有框架在新骨長成的同時，逐步降解。通過類似的誘導(dǎo)成形過程，